硼酸钾溶液性质与结构

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1、ThePropertiesandStructuresofAqueousPotassiumBorateSolutionsADissertation／ThesisfortheDoctoralDegreeofInorganicChemistryintheGraduateSchoolofChineseAcademyofSciencesByFayanZhuDirectedByChunhuiFangChineseAcademyofSciencesMay,2013关于学位论文使用权声明黼任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何

2、方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院青海盐湖所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院青海盐湖所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院青海盐湖所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的

3、研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期：摘要本文用我们发展的X射线散射新方法，结合拉曼和核磁共振光谱学技术以及密度泛函理论计算研究硼酸钾溶液结构，进一步深入研究溶液中可能存在六种硼酸根离子的类型、含量和离子间相互转化关系，硼酸根离子的水合结构和与钾离子的缔合结构，探讨浓度、温度、pH、相反离子对硼酸根离子类型和含量、钾离子第一水合层水合数影响。本工作的目的是对硼酸钾溶液从宏观性质和微观结构两方面研究，不仅掌握硼酸盐溶液基本化学形态和溶液中离子间相互作用原理，而且弥补硼酸钾盐体系的物化性质和结构等方面数据不足，为扩展盐湖硼产业链和硼产品的开

4、发提供理论依据。主要研究内容如下：硼酸钾溶液结构敏感性质研究探讨密度、电导率、pH等随浓度、温度变化规律。采用拉曼光谱法、核磁共振法和密度泛函理论(DFT)研究硼酸盐溶液中硼酸根离子结构和化学反应平衡常数。利用硼酸钾溶液pH和硼酸根离子化学平衡常数结合牛顿迭代法解超越方程计算溶液中不同浓度处硼酸根离子的类型和含量，并讨论浓度和温度对硼酸根离子解离、聚合反应等的影响，探讨溶液中不同浓度区间硼酸根离子的种类和相互转化关系。在上述研究基础上利用X射线散射法研究偏硼酸钾、四硼酸钾和五硼酸钾溶液结构，通过模型设计、模型计算和模型精修计算给出溶液优化结构函数和径向分布函数，解析径向分布函数得

5、到溶液优化结构参数原子间距离r，温度因子b，原子对数1"／，以及实验结构函数和理论结构函数问误差因子R。研究给出溶液中硼酸根离子内原子间距和原子对数，钾离子和硼酸根离子第一水合层的水合距离和水合数，离子对间距离和配位数。以上结构信息采用KURVLR、NLPLSQ程序和DFT方法计算获得。本工作采用多种方法相结合研究硼酸钾溶液，弥补单一研究方法的不足，保证研究结论的可靠性。在上海同步辐射光源BLl4B衍射光束线站的6圆衍射仪上用X射线散射法测量了五硼酸钾溶液结构散射数据为今后溶液结构研究提供了新思路和新方法。关键词：X射线散射；溶液结构；偏硼酸钾；四硼酸钾；五硼酸钾；径向分布函数；

6、化学物种分布硼酸钾溶液性质与结构AbstractThestructureofaqueouspotassiumboratesolutionswasstudiedbycombiningimprovedX—rayscatteringmethodwithRamanandNMRspectroscopyanddensityfunctionaltheorycalculations．Thecontentandinteractionofthesixkindsofborateanionsthatcouldbeexistedinaqueoussolutionsaswellasthehydrations

7、tructurebetweenborateanionsandpotassiumionwerefurtherin—depthstudy．Theeffectsofconcentration，temperature，pHandcounterionsonthespeciesandcontentofborateanions，andhydrationnumberofthefirsthydrationlayerofpotassiumionwerealsodiscussed．Thepresent